高考物理一轮复习实验抢分练2探究弹力和弹簧伸长的关系含答案

实验专项抢分练(二)探究弹力和弹簧伸长的关系

(建议用时40分钟)

1．在进行“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，一个实验小组使用两根不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示。

下列表述正确的是________。(填选项前字母)

A．a的原长比b的长

B．a的劲度系数比b的大

C．a的劲度系数比b的小

D．测得的弹力与弹簧的长度成正比

【解析】选B。F­l图象在l轴上的截距表示弹簧的原长，因为此位置弹力为0，弹簧没有伸长，从图象看出，a的原长比b的短，A错误。F­l图象的斜率表示弹簧的劲度系数，从图象看出，a的劲度系数比b的大，B正确，C错误。测得的弹力与弹簧的伸长量成正比，D错误。

2．(2018·全国Ⅰ卷)如图甲，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。

现要测量图甲中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg 的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图乙所示，其读数为__________cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为__________N/m(保留3位有效数字)。

【解析】标尺示数如图乙所示，其读数为37 mm＋0.05 mm×15＝37.75 mm＝

3.775 cm；弹簧的伸长量x＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm＝0.018 25 m，根据二力平衡有kx＝mg，解得k＝53.7 N/m。

答案：3.775　53.7

3．某同学欲做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，有铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码。

(1)实验中还需要的测量工具是__________；

(2)用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于__________(选填“竖直”或“水平”)位置且处于平衡状态；

(3)用纵轴表示钩码质量m，横轴表示弹簧的形变量x，根据实验数据绘制出图线如图所示，由图可知弹簧的劲度系数k＝______N/m(重力加速度g取

9.8 m/s2)；

(4)若某同学先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下列选项中的__________。

【解析】(1)实验中还需要的测量工具是刻度尺；

(2)用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态；

(3)由题图可知弹簧的劲度系数

k＝＝ N/m＝4.9 N/m；

(4)因为是把弹簧平放在水平桌面上测得的弹簧的原长，再把弹簧竖直悬挂起来后，由于重力的作用，弹簧的长度会增大，所以图线应出现x轴上的截距，但是得到的图象仍为直线，C正确，A、B、D错误。

答案：(1)刻度尺　(2)竖直　(3)4.9　(4)C

4．(2021·马鞍山模拟)把两根轻质弹簧串联起来测量它们各自的劲度系数，如图甲所示。

(1)未挂钩码之前，指针B指在刻度尺如图乙所示的位置上，其示数为________cm。

(2)将质量为50 g的钩码逐个挂在弹簧Ⅰ的下端，逐次记录两弹簧各自的伸长量x和所挂钩码的质量m，可描绘出如图丙所示的图象，由图象可计算出弹簧Ⅱ的劲度系数kⅡ＝________N/m。(取重力加速度g＝9.8 m/s2)

(3)图丙中，当弹簧Ⅰ的伸长量超过17 cm时其图线为曲线，由此可知，挂上第________个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这对测量弹簧Ⅱ的劲度系数________(选填“有”或“没有”)影响(弹簧Ⅱ的弹性限度足够大)。

【解析】(1)毫米刻度尺读数需估读到最小分度的下一位，指针B示数为11.50 cm。(2)由题图丙中的数据可知，弹簧Ⅱ的形变量为Δx＝7.00 cm时，拉力F＝mg＝4×0.05×9.8 N＝1.96 N，根据胡克定律可知kⅡ＝＝＝28 N/m。

(3)由题图丙中的数据可知，当弹簧Ⅰ的伸长量为14 cm时，对应的拉力F′是

1.96 N，所以其劲度系数k1＝＝＝14 N/m；弹簧Ⅰ的伸长量为17 cm时，对应的拉力F″＝k1Δx″＝14×0.17 N＝2.38 N，n＝≈4.86。由此可知，挂上第5个钩码时，拉力已经超过弹簧Ⅰ的弹性限度，这时弹簧Ⅱ的图线仍然是直线，说明对测量弹簧Ⅱ的劲度系数没有影响。

答案：(1)11.50　(2)28　(3)5　没有

5.(2021·丽江模拟)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图甲所示。所挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度。

(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在如图乙所示的图象中描点,请作出F-L图线。

(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=______cm,劲度系数k=______N/m。 

(3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)。

(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较。

优点是: __________________________________________; 

缺点是:　 ________________________________________。 

【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示。

(2)弹簧的原长L0,即为弹簧的弹力为零时弹簧的长度,由图象可知,L0=5×

10-2 m=5 cm。弹簧的劲度系数为图象直线部分的斜率,k=20 N/m。

(3)记录数据的表格如表所示

(4)优点是避免弹簧自身所受重力对实验的影响。

缺点是弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验误差。

答案:(1)见解析　(2)5　20　(3)见解析

(4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响　弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验误差